基于FPGA的MBF200指紋傳感器電路解析—電路精選（28）

指紋，由于其具有終身不變性、唯一性和方便性，已幾乎成為生物特征識別的代名詞。在指紋識別應用市場(chǎng)上智能手機上的指紋識別占了很大的比例，如今這項技術(shù)正方便著(zhù)我們的生活。而本文介紹的是一款使用FPGA的指紋識別系統電路。

本設計選用具有高集成度、低功耗、短開(kāi)發(fā)周期的FPGA來(lái)完成此項設計，以實(shí)現系統的ASIC為研究背景，具有很強的現實(shí)意義和廣闊的市場(chǎng)空間。 采用xilinx公司Spartan 3E系列FPGA作為核心控制器件，這款器件采用90ns的工藝，最大容量50萬(wàn)門(mén)，可支持32位的RISC處理器，具有128 Mbit 并行Flash，足以滿(mǎn)足設計的要求。該項目利用嵌入式軟核實(shí)現系統的管理，利用硬件實(shí)現識別算法，保證了系統功能的完整性與識別的正確性。

電路原理

指紋采集模塊

本設計中采用的是富士通的MBF200指紋傳感器，MBF200硬件框圖如圖1所示，采用SPI模式，所以MBF200與FPGA只通MISO，MOSI，/S/C/S，SCLK四個(gè)端口相連接。 /S/C/S為MBF200的使能端，SCLK為MBF200的系統時(shí)鐘，當需要采集指紋信號時(shí)，FPGA向/S/C/S發(fā)送低電平，則MBF200開(kāi)始工作。FPGA通過(guò)MOSI向MBF200發(fā)送控制命令，控制MBF200的數據輸出方式及傳輸模式。VDD［3:1］為數字電源輸入，VDDA［2:1］為模擬電源輸入，VSS［3:1］為數字地，VSSA［2:1］為模擬地，所以如圖所接。而為了防止數字信號對模擬信號的干擾，用10歐電阻隔開(kāi)。并且數字電源輸入與相應的數字地之間均接有電容用來(lái)閣除非直流信號。為了防止數字地與信號地之間的干擾，本設計采用0歐電阻隔離。0歐電阻相當于很窄的電流通路，能夠有效地限制環(huán)路電流，使噪聲得到抑制。電阻在所有頻帶上都有衰減作用（0歐電阻也有阻抗），這點(diǎn)比磁珠強。

　　圖1 MBF200硬件連接電路

MODE［1:0］引腳是用來(lái)設定MBF200所用接口模式的，在本設計中，置MODE［1:0］為01，選定SPI傳輸模式。 在SPI模式當中，AIN，ISET，FEST三個(gè)接口都不會(huì )用上，但根據MBF200內部電路結構，最好接電阻與地相接。

指紋數據處理模塊

由于指紋數據處理涉及很多算法，運算量大，所以本系統在Spartan－3E開(kāi)發(fā)板上嵌入一個(gè)Microblaze軟核來(lái)進(jìn)行數據處理，首先將SPI口傳輸進(jìn)來(lái)的數據送人SDRAM進(jìn)行存儲，開(kāi)發(fā)板上帶有32M的SDRAM，完全可以存儲很多張指紋數據。在創(chuàng )建指紋數據庫時(shí)，系統從SDRAM中取出數據，放入Microblaze進(jìn)行處理，再將處理后的指紋數據信息存入FLASH組建指紋數據庫。在比對模式時(shí)，利用Microblaze進(jìn)行數據處理后的數據扔存入SDRAM，然后從FLASH和SDRAM分別提取指紋圖像特征數據進(jìn)行比對，得出比對結果。

指紋數據存儲模塊

trataFlash與FPGA管腳連接圖如圖2所示。 CE［2:0］為strataFlash使能信號輸入端口當只用一個(gè)片子時(shí)，CE［2:1］接地只用CE0控制。由于在本設計中，FPGA與FLASH之間的數據傳輸D［0］與FPGA對MBF200的控制線(xiàn)MISO復用，所以從FLASH里取數據與控制MBF200產(chǎn)生沖突，時(shí)序不好控制，所以本設計中將會(huì )給BYTE#置高關(guān)閉A0，將strataFlash置于X16模式。 D［7:0］在寫(xiě)模式下，傳送控制命令在寫(xiě)CUI時(shí)，在緩沖器寫(xiě)和編程模式下。在讀模式下，D［7:0］發(fā)送CFI、數據陣列和標志數據。狀態(tài)寄存器的數據將不通過(guò)這8位傳輸。 VPEN是鎖定使能輸入，當VPEN《VPRNLK時(shí)，內存將不允許寫(xiě)入數據或者命令。

　　圖2 FLASH輸入存儲模塊硬件控制圖

本系統采用xilinx公司Spartan 3E系列FPGA作為核心控制芯片，通過(guò)富士通公司的MBF200指紋傳感器實(shí)現對指紋圖象的采集，利用SPI接口傳輸到FPGA進(jìn)行數據的存儲，利用內嵌的MicroBlaze處理器對指紋圖象進(jìn)行灰度濾波、二值化、二值去噪、細化等預處理，得到清晰的指紋圖象，再從清晰的指紋圖象中提取指紋特征點(diǎn)并存入指紋數據庫作為建檔模版。指紋比對時(shí)，采用同樣的方法，得到比對模版，然后將比對模版與建檔模版利用指紋識別算法進(jìn)行比對，得出比對結果。該項目利用嵌入式軟核實(shí)現系統的管理，利用硬件實(shí)現識別算法，保證了系統功能的完整性與識別的正確性。該識別系統可用于門(mén)禁、考勤、證件管理等很多方面，具有很廣泛的應用前景。

編者結語(yǔ)

本設計選用具有高集成度、低功耗、短開(kāi)發(fā)周期的FPGA來(lái)完成此項設計，以實(shí)現系統的ASIC為研究背景，具有很強的現實(shí)意義和廣闊的市場(chǎng)空間。該項目利用嵌入式軟核實(shí)現系統的管理，利用硬件實(shí)現識別算法，保證了系統功能的完整性與識別的正確性。